EFFECT OF MINERAL FILLER SILICА (IV) OXIDE MODIFIED WITH INORGANIC COMPOUNDS ON THE ELECTRICAL PROPERTIES OF THEIR COMPOSITES WITH POLYANILINE
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.10.2024.7Keywords:
organic-inorganic nanocomposites, nanoclusters, in situ polymerization, silicon(IV) oxide nanoparticles, physical and chemical characteristicsAbstract
The physico-chemical laws of formation were studied and samples of multifunctional organic-inorganic nanocomposites based on a polymer matrix – conjugated polyaminoarene (polyaniline) and SiO2 (brand AE-300) nanoparticles modified with compounds of titanium(IV) oxide (brand TAS-7) and phosphorus(III) chloride(brand F-2.1) were synthesized by the in situ polymerization method. It was found that the use of silicon(IV) oxide nanoparticles modified by inorganic compounds in the composition of of organic-inorganic nanocomposites based on polyaniline can not only change their structure, but also cause an improvement in their physico-chemical characteristics. The peculiarities of the morphological structure of the dispersion of modified silicon(IV) oxide and PANi/ HCl-SiO2 composite were investigated using the method of optical microscopy («Micromed» microscope with a digital camera «Nicon-2500»). The specific electrical conductivity of the studied composites in pressed samples was determined according to the standard 2-x by the contact method at a temperature of Т = 293 K, and the relationship between the electrical properties and the structure of the composites was established. The optimal composition of SiO2 nanoclusters modified with inorganic compounds (1−4% by mass) for obtaining nanocomposites with predicted electrical properties was established. It is shown that the silica content of 1–4% causes an increasing of composite conductivity; moreover the introduction of silica contributes to the stabilization of the polyaniline An increase in the electrical conductivity of polyaniline in the presence of silicon(IV) oxide modified with inorganic compounds can be due to the processes of structuring the SiO2 colloidal dispersion with the formation of a spatial three-dimensional network, which includes the chains of the conductive polymer.
References
Аксіментьєва О., Богатирьов В., Мартинюк Г. та ін. Синтез і електричні властивості композитів поліаніліну з наночастинками силіцій(IV) оксиду. Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету імені Володимира Гнатюка. Серія Хімія. 2015. № 22. С. 11–14.
Аксіментьєва О., Ціж Б., Чохань М. Сенсори контролю газових середовищ у харчовій промисловості та довкіллі: монограф. Львів : Піраміда. 2017. 284 с.
Гончарук О.В., Малишева М.Л., Зарко В.І., Гриценко В.Ф. Структуроутворення в дисперсіях пірогенного кремнезему в присутності неіндиферентних електролітів. Наноструктурне матеріалознавство. 2010. № 2. С. 16–23.
Зарко В., Козуб Г., Сивалов Е. та ін. Кислотні центри поверхні пірогенного титано-кремнезему. Український хімічний журнал. 1988. № 54(11). С. 1144–1146.
Мартинюк Г.В. Фізико-хімія полімер-полімерних композитів з контрольованими функціональними властивостями: дис…д-ра хім. наук: 02.00.04. Львів. 2024. 378 с.
Опайнич І.Є., Аксіментьєва О.І., Дьяконов В.П., Пєхота С., Уланський Я., Демченко П.Ю., Українець A.М. Структура і термодеформаційні властивості гібридних композитів полімер-магнетит. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2012. № 1. С. 89–94. [Електронний ресурс]. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138407 (дата звернення 31.08.2024).
Остапович Б., Семенюк Ю. Полімеризація аніліну на поверхні дисперсного оксиду кремнію. Вісник Львівського Університету. Сер. хім. 2008. Вип. 49(2). С. 112–117.
Філоненко О.В., Лобанов В.В. Cтруктура та властивості нанокластерів кремнезему (Огляд). Фізика і хімія твердого тіла. 2010. Т. 11. № 1. С. 138−149.
Aksimentyeva O., Martynіuk G., Horbenko Yu., Malynych S., Filipsonov R. Polymer-magnetite thermosetting composites with protective and antiradar functions. Special issue of the journal «Physical and chemical mechanics of materials», L.: 2020. Р. 137−140.
Aksimentyeva О.І., Chepkov I.B., Filipsonov R.V., Malynych S.Z. et al. Hybrid Composites with Low Reflection of IR Radiation. Physics and chemistry of solid state. 2020. Vol. 21. №. 4. Р. 764−770. https://doi.org/10.15330/pcss.21.4.764-770.
Bapat G. Labade, Chaudhari A., Zinjarde S. Silica nanoparticle based techniques for extraction, detection, and degradation of pesticides. Advances in Colloid and Interface Science. 2016. № 237. Р. 1−14. https://doi.org/10.1016/j.cis.2016.06.001.
Bogatyrev V.M., Borisenko L.I., Oranskaya E.I. et al. Influence of synthesis conditions on the structural characteristics of NiO/SiO2 oxide nanocomposites. Surface. 2010. Vol. 2. № 17. Р. 178–189. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2009.06.044.
Bogatyrev V.M., Chuiko A.A. Interaction of phosphorus trichloride with dehydrated aerosil on its surface. Ukrainian Chemistry Journal. 1984. Vol. 50. № 8. Р. 831–835.
Horbenko Yu.Yu., Tsizh B.R., Aksimentyeva О.І., Olenych I.B., Bogatyrev V.M., Dzeryn M.R. Effect of the modified silica on the conductivity and sensory properties of polyaniline nanocomposites. Scientific Messenger of LNU of Veterinary Medicine and Biotechnologies. Series: Food Technologies. 2019. Vol. 21. № 91. Р. 29−37. https://doi.org/10.32718/nvlvet-f9106.
Ilhan-Ayisigi E., Yesil-Celiktas О. Silica-based organic-inorganic hybrid nanoparticles and nanoconjugates for improved anticancer drug delivery. Engineering in Life Sciences. 2018. Vol. 18. №. 12. P. 882–892. https://doi.org/10.1002/elsc.201800038.
Li X., Wang G., Lib Х. Surface modification of nano-SiO2 particles using polyaniline. Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 197. P. 56–60. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.11.021.
Liberman A., Mendez N., Trogler W.C., Kummel A.C. Synthesis and surface functionalization of silica nanoparticles for nanomedicine. Surface Science Reports. 2014. Vol. 69. № 5. P. 132–158. https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2014.07.001.
Liu P. Preparation and characterization of conducting polyaniline/silica nanosheet composites, Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2008. Vol. 12. Р. 9–13. https://doi.org/10.3329/bjsir.v47i3.13055.
Meer S., Kausar А., Iqbal Т. Attributes of polymer and silica nanoparticle composites: А review. Polymer-Plastics Technology and Engineering. 2015. Vol. 55. №. 8. P. 826–861. https://doi.org/10.1080/03602559.2015.1103267.
Paul D.R., Robeson L.M. Polymer Nanotechnology: Nanocomposites, Polymer. 2008. № 49. Р. 3187–3204. http://dx.doi.org/10.1016/j.polymer.2008.04.017.
Park D.H., Hwang S.J., Oh J.M., et al. 2013. Polymer-inorganic supramolecular nanohybrids for red, white, green, and blue applications. Progress in Polymer Science. 2013. Vol. 38. № 10−11. Р. 1442−1486. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2013.05.007.
Roosz N., Euvrard М., Lakard В., Cédric C., et al. Synthesis and characterization of polyaniline-silica composites: Raspberry vs core-shell structures. Where do we stand? Journal of Colloid and Interface Science. 2017. Vol. 502. Р. 184−192. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.04.092.
Zhang D., Wu J., Zhang R.Q., Liu С. A family of stable silica fullerenes with fully coordinated structures, The Journal of Physical Chemistry B. 2006. Vol. 110. № 36. Р. 17757−17762. https://doi.org/10.1021/jp060204n.